茶叶水提物或柚皮水提物在吸附重金属离子中的应用及吸附方法

摘要

本发明公开了一种茶叶水提物或柚皮水提物在吸附重金属离子中的应用及吸附方法，其特征在于：将茶叶水提物或柚皮水提物加水配制成水提物溶液并装入透析袋中，调整重金属离子溶液的pH为酸性，然后将透析袋浸入所述重金属离子溶液中。本发明利用天然废弃物茶叶末和柚皮，以茶叶水提物或柚皮水提物吸附废水中的重金属离子，属于废物利用，成本低廉；且与其他天然吸附剂相比，茶叶末和柚皮不需要特殊的处理，其水提物的制备过程简单，操作方便；且无生态毒性，不会产生二次污染；更主要的，本发明茶叶水提物或柚皮水提物对重金属离子具有非常优越的吸附性能，可应用与电镀工业、塑料工业、电子工业、矿山开采等领域排放的废水的处理。

权利要求

1.使用茶叶水提物或柚皮水提物吸附重金属离子的方法，其特征在于：

将茶叶水提物或柚皮水提物加水配制成水提物溶液并装入透析袋中，调整重金属离子溶液的pH为5，然后将所述透析袋浸入所述重金属离子溶液中。

2.根据权利要求1所述的使用茶叶水提物或柚皮水提物吸附重金属离子的方法，其特征在于：

所述茶叶水提物的制备方法为：将茶叶粉碎成末加入去离子水中，在70℃提取2～3次，每次提取时间为1.5～2.5小时，每次提取后将提取液离心获得上清液，合并每次提取后获得的上清液，浓缩并冷冻干燥得粉末状茶叶水提物，冷冻干燥时间为16h，冷阱温度为-40℃；所述茶叶的质量与去离子水的体积比例为1g:30ml；

所述柚皮水提物的制备方法为：将柚皮粉碎成末加入去离子水中，在80℃提取2～3次，每次提取时间为2.5～3.5小时，每次提取后将提取液离心获得上清液，合并每次提取后获得的上清液，浓缩并冷冻干燥得粉末状柚皮水提物，冷冻干燥时间为16h，冷阱温度为-40℃；所述柚皮的质量与去离子水的体积比例为2g:30ml。

3.根据权利要求1所述的使用茶叶水提物或柚皮水提物吸附重金属离子的方法，其特征在于：将所述透析袋浸入重金属离子溶液中后，保持重金属离子溶液温度为0～50℃。

4.根据权利要求1所述的使用茶叶水提物或柚皮水提物吸附重金属离子的方法，其特征在于：所述水提物溶液浓度为50mg/L～200mg/L；所述重金属离子溶液中重金属离子的摩尔量与水提物溶液中水提物质量的比例为3.906～15.625mol/kg。

说明书

茶叶水提物或柚皮水提物在吸附重金属离子中的应用及吸

附方法

技术领域

[0001] 本发明涉及茶叶水提物或柚皮水提物在吸附重金属离子中的应用及使用茶叶水提物或柚皮水提物吸附重金属离子的方法。

背景技术

[0002] 随着工业技术的发展，工业废水中的重金属离子污染变得日益严重。其可溶性盐随着污水的排放而使得自然界中的海洋、江河、湖泊和农田等备受污染，如不加以控制，就会威胁到人类的健康和生存。铜是工业界经常使用的元素，铜离子污染也成为全球关注的重点问题。国家污水综合排放标准明文规定铜废水的一级排放标准为总铜含量小于5.0mg/L，农田灌溉水质标准为总铜含量小于0.5mg/L。因而，消除重金属离子污染成为当务之急。

[0003] 吸附法在对含重金属的废水处理中显示出了较高的研究价值。一些经过化学沉淀及其他方法等处理后的含微量重金属的污废水尤其适应于此方法，使其达到污水排放标准。吸附法最重要的是吸附剂的选择。已经有很多物质被用来当做重金属的吸附剂，如鸭粪(项红珍,陈玉成,李向前,等.鸭粪对Cu、Zn的吸附—解吸研究.中国农学通报,2012,28(32):31-34)，阳离子树脂(赵蜀南.阳离子树脂在处理重金属离子废水中的应用.科技创新导报,2012,25:144-145)，沸石(金兰淑,高湘骥,刘洋,等.4A沸石对复合2+ 2+ 2+
污染水体中Pb 、Cu 和Cd 的去除.环境工程学报,2012,6(5):1599-1603)以及其他生物吸附剂(Brinza L,Dring M J,Gavrilescu M.Marine micro and macro algal species as biosorbents for heavy metals[J].Environmental Engineering and Management Journal,2007,6(3):237-251.Das S K,Das A R,Guha A K.A study on the adsorption mechanism of mercury on Aspergillums versicolor biomass[J].Environmental Science and Technology,2007,41:8281-8287.Lin C C,Lai Y T.Adsorption and recovery of lead from aqueous solutions by immobilized Pseudomonas aeruginosa PU 21 beads[J].Journal of Hazardous Material,2005,137(1):99-105)等。但是，这些吸附剂同时也存在一些问题，如有的吸附容量有限，有的吸附性能不高，有的存在二次污染。因此，针对特定的重金属，发展与寻求绿色性价比高的吸附剂在环保意识日益增强的当今社会具有重要意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为避免上述现有技术所存在的不足之处，利用废弃的天然产物的水提取物吸附重金属离子，提供茶叶水提物和柚皮水提物在吸附重金属离子中的应用及使用茶叶水提物和柚皮水提物吸附重金属离子的方法。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 茶叶水提物或柚皮水提物在吸附重金属离子中的应用，如将茶叶水提物或柚皮水提物用作重金属离子吸附剂，或者利用茶叶水提物或柚皮水提物吸附废水中的重金属离子，或者利用茶叶水提物或柚皮水提物选择性吸附溶液中的重金属离子。

[0007] 其中，所述重金属离子优选为铜离子。

[0008] 所述重金属离子以可溶性盐的形式存在，如硝酸盐。

[0009] 本发明使用茶叶水提物或柚皮水提物吸附重金属离子的方法，其特点在于：

[0010] 将茶叶水提物或柚皮水提物加水配制成水提物溶液并装入透析袋中，调整重金属离子溶液的pH为酸性，然后将所述透析袋浸入所述重金属离子溶液中。

[0011] 所述茶叶水提物的制备方法为：将茶叶粉碎成末加入去离子水中，在70℃提取2～3次，每次提取时间为1.5～2.5小时，每次提取后将提取液离心获得上清液，合并每次提取后获得的上清液，浓缩并冷冻干燥得粉末状茶叶水提物，冷冻干燥时间为16h，冷阱温度为-40℃；所述茶叶的质量与去离子水的体积比例为1g:30ml；

[0012] 所述柚皮水提物的制备方法为：将柚皮粉碎成末加入去离子水中，在80℃提取2～3次，每次提取时间为2.5～3.5小时，每次提取后将提取液离心获得上清液，合并每次提取后获得的上清液，浓缩并冷冻干燥得粉末状柚皮水提物，冷冻干燥时间为16h，冷阱温度为-40℃；所述柚皮的质量与去离子水的体积比例为2g:30ml；

[0013] 将重金属离子溶液的pH调整为酸性，优选pH为2-5。调整方法是将HNO3配制成浓度为0.0001-0.01mol的稀酸溶液，加入重金属离子溶液中并用pH计测定重金属离子溶液。

[0014] 将所述透析袋浸入重金属离子溶液中后，常温下即可完成吸附，温度变化对吸附率略有影响，保持溶液温度为0～50℃均可，优选20-30℃。

[0015] 利用水提物吸附重金属离子，随着重金属离子的初始浓度的增加，单位重量水提物的吸附容量会逐渐增加，本发明所述水提物溶液溶液的浓度范围优选为50-200mg/L。所述重金属离子溶液中重金属离子的摩尔量与水提物溶液中水提物质量的比例为3.906～15.625mol/kg。

[0016] 将水提物溶液加入重金属离子溶液后，水提物即刻开始吸附重金属离子，随着时间的增加，吸附量逐渐增加，最终达到平衡。本发明控制吸附时间为10min-1440min。

[0017] 本发明使用茶叶水提物或柚皮水提物吸附重金属离子的方法，其吸附率和吸附量的检测步骤如下：

[0018] 使用水提物吸附重金属离子后，重金属离子溶液初始浓度和吸附后透析袋外重金属浓度采用ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱)法测定，然后按照(1)式计算重金属离子的吸附率q，按照(2)式计算重金属离子的吸附量X。

[0019]

[0020]

[0021] 其中，q为重金属离子的吸附率；

[0022] Co为重金属离子溶液初始浓度(mg/L)，以调整pH之后，重金属离子溶液的浓度作为其初始浓度；

[0023] Ce为吸附进行某一段时间后透析袋外重金属浓度(mg/L)；

[0024] X为吸附进行某一段时间后重金属离子的吸附量(mg/g)；

[0025] Ca为水提物溶液浓度(g/L)；

[0026] V为水提物溶液与重金属离子溶液的体积和(L)；

[0027] Va为水提物溶液体积(L)。

[0028] 根据水提物吸附一定浓度的重金属离子时吸附率和吸附量随吸附时间的变化，可绘制出吸附率和吸附量随时间变化的关系曲线，由此获得的平衡时间可表征吸附剂对重金属离子的吸附快慢程度。

[0029] 与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

[0030] 本发明利用天然废弃物茶叶末和柚皮，以茶叶水提物或柚皮水提物吸附废水中的重金属离子，属于废物利用，成本低廉；且与其他天然吸附剂相比，茶叶末和柚皮不需要特殊的处理，其水提物的制备过程简单，操作方便；此外，本发明以茶叶水提物或柚皮水提物作为重金属离子的吸附剂，无生态毒性，不会产生二次污染；更主要的，本发明茶叶水提物或柚皮水提物对重金属离子具有非常优越的吸附性能，可应用与电镀工业、塑料工业、电子工业、矿山开采等领域排放的废水的处理，具有很大的潜在实际应用价值。

附图说明

[0031] 图1为实施例1-36中在Cu2+溶液的pH＝2时，所测得的不同吸附时间下的铜离子吸附率的曲线图；

[0032] 图2为实施例1-36中在Cu2+溶液的pH＝3时，所测得的不同吸附时间下的铜离子吸附率的曲线图；

[0033] 图3为实施例1-36中在Cu2+溶液的pH＝5时，所测得的不同吸附时间下的铜离子吸附率的曲线图；

[0034] 图4为实施例37-54所测得的不同吸附时间下的铜离子吸附量的曲线图；

[0035] 图5为实施例55-90不同水提物浓度下的铜离子吸附量的曲线图。

具体实施方式

[0036] 下面结合实施例对本发明做进一步说明：

[0037] 实施例1～36

[0038] 1、制备茶叶水提物：将10g茶叶粉碎成末加入300ml去离子水中，在70℃水浴提取3次，每次提取1.5小时，每次提取后将提取液离心获得上清液，合并每次提取后获得的上清液，浓缩并冷冻干燥得粉末状茶叶水提物，冷冻干燥时间为16h，冷阱温度为-40℃；

[0039] 制备柚皮水提物：将20g柚皮碎成末加入300ml去离子水中，在80℃水浴提取3次，每次提取2.5小时，每次提取后将提取液离心获得上清液，合并每次提取后获得的上清液，浓缩并冷冻干燥得粉末状柚皮水提物，冷冻干燥时间为16h，冷阱温度为-40℃；

[0040] 2、分别配置浓度均为100mg·L-1茶叶水提物溶液和柚皮水提物溶液；

[0041] 3、以Cu的单元素标液配置浓度为10mg·L-1的Cu2+溶液，并调节pH分别为2、3和2+
5，并在调节完之后测试获得Cu 溶液初始浓度；

[0042] 4、将10ml茶叶水提物溶液放入透析袋中，两端用透析夹夹紧，放入40ml的Cu2+溶液中(摩尔质量比为6.25mol/kg)，在往返式振荡机上(220r/min)恒温(25℃)振荡，分别2+
于30、60、120、360、960、1440min时测定透析袋外溶液中的Cu 浓度，重复三次取平均值。

[0043] 经测试，如图1所示，在pH＝2的Cu2+溶液中，所得吸附率q(Adsorption rate of Cu)依次为4.79％、6.16％、7.42％、6.94％、6.73％、7.15％，最大吸附率为7.42％。

[0044] 如图2所示，在pH＝3的Cu2+溶液中，所得吸附率q依次为6.45％、8.79％、12.08％、12.79％、12.88％、12.57％，最大吸附率为12.88％。

[0045] 如图3所示，在pH＝5的Cu2+溶液中，所得吸附率q依次为19.69％、34.17％、28.11％、26.77％、28.79％、31.03％，最大吸附率为34.17％。

[0046] 5、将10ml柚皮水提物溶液放入透析袋中，两端用透析夹夹紧，放入40ml的Cu2+溶液中(摩尔质量比为6.25mol/kg)，在往返式振荡机上(220r/min)恒温(25℃)振荡，分别2+
于30、60、120、360、960、1440min时测定透析袋外溶液中的Cu 浓度，重复三次取平均值。

[0047] 经测试，如图1所示，在pH＝2的Cu2+溶液中，所得吸附率q依次为5.96％、6.92％、7.78％、7.93％、8.13％、7.86％，最大吸附率为8.13％。

[0048] 如图2所示，在pH＝3的Cu2+溶液中，所得吸附率q依次为6.68％、8.72％、10.33％、11.23％、10.68％、10.72％，最大吸附率为11.23％。

[0049] 如图3所示，在pH＝5的Cu2+溶液中，所得吸附率q依次为11.66％、14.95％、20.38％、21.95％、24.03％、24.41％，最大吸附率为24.41％

[0050] 实施例37-54

[0051] 1、制备茶叶水提物：将10g茶叶粉碎成末加入300ml去离子水中，在70℃水浴提取2次，每次提取2.5小时，每次提取后将提取液离心获得上清液，合并每次提取后获得的上清液，浓缩并冷冻干燥得粉末状茶叶水提物，冷冻干燥时间为16h，冷阱温度为-40℃；

[0052] 制备柚皮水提物：将20g柚皮粉碎成末加入300ml去离子水中，在80℃水浴提取2次，每次提取3.5小时，每次提取后将提取液离心获得上清液，合并每次提取后获得的上清液，浓缩并冷冻干燥得粉末状柚皮水提物，冷冻干燥时间为16h，冷阱温度为-40℃；

[0053] 2、分别配置浓度均为100mg·L-1茶叶水提物溶液和柚皮水提物溶液；

[0054] 3、以Cu的单元素标液配置浓度为10mg·L-1的Cu2+溶液，并调节pH为5；

[0055] 4、将10ml茶叶水提物溶液放入透析袋中，两端用透析夹夹紧，放入45ml的Cu2+溶液中(摩尔质量比为7.03mol/kg)，在往返式振荡机上(220r/min)恒温(25℃)振荡，分别于10、30、60、100、120、240、360、720、1440min时取样测定，重复三次取平均值，结果表明，茶叶水提物吸附铜离子的吸附量(Adsorption quantity of Cu)分别为49.15mg/g，71.90mg/g，95.10mg/g，112.55mg/g，115.95mg/g，127.40mg/g，129.05mg/g，127.90mg/g，
129.45mg/g。

[0056] 5、将10ml柚皮水提物溶液放入透析袋中，两端用透析夹夹紧，放入45ml的Cu2+溶液中(摩尔质量比为7.03mol/kg)，在往返式振荡机上(220r/min)恒温(25℃)振荡，分别于10、30、60、100、120、240、360、720、1440min时取样测定，重复三次取平均值。结果表明，柚皮水提物吸附铜离子的吸附量分别为41.30mg/g，63.70mg/g，89.10mg/g，99.65mg/g，103.55mg/g，109.60mg/g，113.45mg/g，115.80mg/g，118.05mg/g。详见附图4。

[0057] 实施例55-90

[0058] 本实施例按实施例37-54相同的方式制备茶叶水提物和柚皮水提物；

[0059] 茶叶和柚皮水提物溶液浓度为100mg·L-1，Cu2+溶液的pH为5，浓度为10mg·L-1，2+
取10mL水提物溶液放入透析袋中，两端用透析夹夹紧，放入50mlCu 溶液中(摩尔质量比为7.8125mol/kg)，在往返式振荡机上(220r/min)恒温(25℃)振荡，取样测定时间分别为10、30、60、100、120、240、360、720、1440min，重复三次。结果表明，此种情况下茶叶水提物对铜离子的吸附量分别为107.50mg/g，156.55mg/g，145.95mg/g，139.65mg/g，
151.50mg/g，153.22mg/g。柚皮水提物对铜离子的吸附量分别为68.85mg/g，91.80mg/g，
112.35mg/g，119.50mg/g，116.34mg/g，131.35mg/g。其他条件相同，改变茶叶水提物和柚-1 2+
皮水提物的浓度，均为50mg·L ，放入50mlCu 溶液中(摩尔质量比为15.625mol/kg)，此种情况下茶叶水提物对铜离子的吸附量分别为69.4mg/g，89.1mg/g，93.6mg/g，97.5mg/g，
98.1mg/g，97.8mg/g。柚皮水提物对铜离子的吸附量分别为57.7mg/g，80.1mg/g，79.8mg/g，92.3mg/g，88.1mg/g，91.2mg/g。其他条件相同，改变茶叶水提物和柚皮水提物的浓度，-1 2+
均为200mg·L ，放入50mlCu 溶液中(摩尔质量比为3.906mol/kg)，此种情况下茶叶水提物对铜离子的吸附量分别为49.25mg/g，72.78mg/g，103.65mg/g，107.70mg/g，105.93mg/g，99.03mg/g。柚皮水提物对铜离子的吸附量分别为32.80mg/g，39.83mg/g，52.70mg/g，
62.03mg/g，60.55mg/g，61.35mg/g。详见附图5。

[0060] 实施例91-92

[0061] 按实施例37-54相同的方式制备茶叶水提物和柚皮水提物；

[0062] 取合肥市淝河某支流段的水样，用滤纸过滤后消解，调节其pH值为5，取40mL该水样作为重金属离子溶液；

[0063] 取10mL浓度为100mg·L-1茶叶水提物溶液放入透析袋中，两端用透析夹夹紧，放入水样中，在往返式振荡机上(220r/min)恒温(25℃)振荡，取样测定时间为720min，重复三次。结果表明，茶叶水提物在处理淝河水样时，6种重金属离子中对Cu的处理效果最好，吸附量最大，为151.50mg/g，对其他5种重金属也具有较高的吸附量。具体数据见表1。

[0064] 表1用茶叶水提物处理淝河支流水样结果

[0065]

[0066] 相同条件下，将茶叶水提物换成同浓度的柚皮水提物，结果表明，Cu和As的吸附效果最好，吸附量分别为116.33mg/g和102.67。具体数据见表2。

[0067] 表2用柚皮水提物处理淝河支流水样结果

[0068]

[0069] 实施例93-94

[0070] 按实施例37-54相同的方式制备茶叶水提物和柚皮水提物；

[0071] 取合肥市某电镀厂废水，用滤纸过滤后消解，调节其pH值为5，取40mL该水样；

[0072] 取10mL浓度为100mg·L-1茶叶水提物溶液放入透析袋中，两端用透析夹夹紧，放入水样中，在往返式振荡机上(220r/min)恒温(25℃)振荡，取样测定时间为720min，重复三次。结果表明，茶叶水提物在处理某电镀厂废水时，对Cu的吸附最好，吸附量为103.65mg/g，对其他重金属离子也具备一定的吸附能力。具体数据见表3。

[0073] 表3用茶叶水提物处理某电镀厂废水结果

[0074]

[0075] 相同条件下，将茶叶水提物换成同浓度的柚皮水提物，结果表明，柚皮水提物对这六种重金属离子的吸附效果类似。具体数据见表4。

[0076] 表4用柚皮水提物处理某电镀厂废水结果

[0077]

[0078] 上述实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。